基于BIM技術(shù)的大壩安全監(jiān)測應(yīng)用初探

李 菁，王 穎

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 前 言

BIM即建筑信息模型(Building Information Model)、建筑信息化模型(Building Information Modeling)、建筑信息管理(Building Information Management)的集合，是指基于先進(jìn)的三維數(shù)字設(shè)計和工程軟件所構(gòu)建的可視化的數(shù)字信息模型，是對工程項目全生命周期信息的數(shù)字化表達(dá)和協(xié)作平臺。BIM的有效應(yīng)用能達(dá)到減少出錯、提高質(zhì)量、提升效率、綠色節(jié)能、節(jié)約成本的目的。

一個完整的監(jiān)測BIM模型應(yīng)該集成產(chǎn)品模型、過程模型和決策模型。其中產(chǎn)品模型包含儀器幾何信息(儀器的位置、相互關(guān)系等)和非幾何信息(儀器類型、施工方案等)；過程模型指建筑物運(yùn)行的動態(tài)模型，可以反映監(jiān)測儀器在不同階段的成果；決策模型是用戶在對產(chǎn)品模型和過程模型所產(chǎn)生的直接和間接作用的數(shù)值模型。

1 基于BIM技術(shù)的監(jiān)測應(yīng)用實例

近年來，隨著三維應(yīng)用的不斷深化，監(jiān)測三維設(shè)計工作從早期單純的3D展示轉(zhuǎn)變?yōu)閷⑷S設(shè)計融入生產(chǎn)流程。在借鑒以往三維設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，利用如CATIA、REVIT等軟件，建立監(jiān)測三維BIM模型，將更多的監(jiān)測工作融入其中。例如：在監(jiān)測設(shè)計中定義監(jiān)測測點(diǎn)屬性，將部分設(shè)計參數(shù)植入三維模型，生成較高質(zhì)量、多方位、可編輯的三維模型，較單純地展示設(shè)計具有明顯的優(yōu)勢和更好的應(yīng)用價值。

圖1為利用CATIA軟件，建立的三維模型，既可以展示某土石壩下游堆石區(qū)水管式沉降儀布置，又可以根據(jù)當(dāng)時各測點(diǎn)沉降量，生成沉降云圖。由模型可以直觀判斷施工期最大沉降量發(fā)生在(縱)0+193.00 m斷面1 550 m高程編號C95測點(diǎn)。

基于BIM技術(shù)的監(jiān)測成果三維應(yīng)用將從多角度反映工程不同階段的監(jiān)測成果，不僅能在施工期輔助監(jiān)測相關(guān)各項工作，還能持續(xù)更新完善建筑物各部位監(jiān)測成果，形成一個完整的監(jiān)測三維BIM模型。如：某土石壩下游壩坡共布置47個外部變形測點(diǎn)，蓄水期沉降監(jiān)測頻次為3 d/次，在蓄水期間產(chǎn)生了大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，由于采用了Excel數(shù)據(jù)表驅(qū)動CATIA模型的方式，在Excel輸入監(jiān)測成果的同時更新三維外觀測點(diǎn)沉降成果，達(dá)到動態(tài)展示監(jiān)測成果與輔助資料分析的目的。具體變化見圖2～3。

2 基于BIM技術(shù)的監(jiān)測應(yīng)用特色

基于BIM技術(shù)的監(jiān)測技術(shù)可將動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)植入三維模型，形成可進(jìn)行監(jiān)測資料分析的三維模型、多維度數(shù)據(jù)以及動態(tài)展示成果，實現(xiàn)不同階段工程信息數(shù)據(jù)的有效傳遞和共享。

首先，由于BIM的創(chuàng)建基于高精度三維模型，對工程監(jiān)測信息進(jìn)行了全面整理，按照儀器類型、布置位置對所有監(jiān)測儀器歸類，對重要監(jiān)測節(jié)點(diǎn)及關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息進(jìn)行提煉，保證監(jiān)測模型3D幾何信息、工程信息、工程邏輯關(guān)系描述的完備性，以及數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的連續(xù)性與完整性。

其次，為直觀反映監(jiān)測成果的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)潛在異常情況，提升監(jiān)測分析精度和質(zhì)量，集成各類工程信息是BIM模型的亮點(diǎn)，一個完整的監(jiān)測BIM模型可幫助用戶全方位了解同一時間段的所有相關(guān)監(jiān)測信息。

圖1 某土石壩下游堆石區(qū)沉降分布

圖2 下游壩坡一期蓄水沉降變化分布(2016年10月25日～2016年10月30日)

圖3 下游壩坡二期蓄水沉降變化分布(2016年11月23日～2017年1月4日)

最后，信息數(shù)據(jù)的可擴(kuò)展性是BIM應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)，模型在初步建立后，易于維護(hù)，方便后期用戶根據(jù)最新監(jiān)測成果不斷擴(kuò)展、集成數(shù)據(jù)，最終形成監(jiān)測三維全生命周期BIM模型。

3 前景展望

在借鑒目前已有的BIM應(yīng)用經(jīng)驗基礎(chǔ)上，建立一個全生命周期的監(jiān)測BIM模型可以在設(shè)計階段參數(shù)化模型，達(dá)到精細(xì)化設(shè)計效果。在施工期將日志信息統(tǒng)一管理并從中獲取施工過程的進(jìn)度信息，實現(xiàn)施工當(dāng)前的進(jìn)度三維模擬，并與計劃進(jìn)行對比分析，按照施工進(jìn)度計劃智能統(tǒng)計監(jiān)測工程量，監(jiān)控施工進(jìn)度并根據(jù)情況調(diào)整施工任務(wù)，保障施工進(jìn)度及輔助采購計劃工作。在施工期實時動態(tài)展示監(jiān)測成果，可以幫助分析人員更好了解建筑物的整體工作性態(tài)及變化規(guī)律，提高分析質(zhì)量和效率；還可以為設(shè)計人員提供驗證結(jié)果，并根據(jù)需要輸出高清圖片及三維仿真視頻，用于監(jiān)測資料分析報告及匯報宣傳。此外，還可將三維BIM監(jiān)測技術(shù)封裝成工具集，嵌入自動化監(jiān)測系統(tǒng)，共享監(jiān)測數(shù)據(jù)與信息，實現(xiàn)在自動化監(jiān)測系統(tǒng)平臺中監(jiān)測三維成果動態(tài)展示及模型的實時更新，更好地服務(wù)于運(yùn)行階段安全監(jiān)測和分析評價工作。

4 結(jié) 語

將監(jiān)測三維BIM模型應(yīng)用于大壩安全監(jiān)測及資料分析是一種先進(jìn)和全新手段，可提升大壩安全監(jiān)測水平，并順應(yīng)水利水電行業(yè)三維信息化的發(fā)展趨勢。利用監(jiān)測BIM技術(shù)，可將海量監(jiān)測信息有效整合，按需提取，后期通過二次開發(fā)，基于多客戶端，可以同時服務(wù)于設(shè)計、分析、施工、采購及運(yùn)行管理各方，為工程全生命周期提供更多增值服務(wù)。